Inconel 718 – Hochfestes Superalloy für die Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilindustrie

Inconel 718 ist ein hochfestes, korrosionsbeständiges Nickelbasis-Superalloy, das dafür entwickelt wurde, in Extremumgebungen außergewöhnlich gut zu performen. Es besteht hauptsächlich aus Nickel (50-55 %), Chrom (17-21 %), Eisen (Rest) und erheblichen Zusätzen von Molybdän (3 %), Niob (5 %) und Titan (0,9-1,3 %). Inconel 718 zeichnet sich durch seine herausragende Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und Korrosion aus, selbst bei hohen Temperaturen. Das Legierungsmaterial kann seine mechanischen Eigenschaften in Temperaturen von kryogenen Bedingungen bis etwa 700°C (1290°F) aufrechterhalten, was es ideal für sowohl Hochtemperatur- als auch Niedertemperaturanwendungen macht.

Inconel 718 kann außerdem wärmebehandelt werden, um die gewünschte Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungswiderstand zu erreichen. Diese Eigenschaften machen es besonders nützlich in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbereich und in industriellen Anwendungen, die Materialien erfordern, die unter hohem Druck, hohen Temperaturen und extremen Belastungen leistungsfähig sein müssen.

Anwendungen von Inconel 718

Aufgrund seiner hervorragenden Kombination aus Stärke, Widerstand gegen hohe Temperaturen und Korrosionsbeständigkeit wird Inconel 718 in mehreren Branchen eingesetzt, darunter in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbereich und in der Energiewirtschaft. Einige der wichtigsten Anwendungen von Inconel 718 umfassen:

1. Luft- und Raumfahrt: Inconel 718 wird häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt, insbesondere in Turbinenmotoren, Raketenantrieben und tragenden Komponenten. Sein hohes Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis, seine ausgezeichnete Ermüdungsresistenz und die Fähigkeit, bei Extremtemperaturen strukturelle Integrität zu bewahren, machen es zu einer idealen Lösung für kritische Luft- und Raumfahrtanwendungen wie Turbinenschaufeln, Rotoren und Verbrennungskammern. Das Legierungsmaterial zeigt auch unter statischen und dynamischen Belastungen eine gute Leistung, was sicherstellt, dass es die während des Startes, des Fluges und der Landung auftretenden Belastungen aushalten kann.

2. Automobilindustrie: Inconel 718 wird zunehmend in der Automobilindustrie eingesetzt, insbesondere in hochleistungsorientierten Motorteilen wie Turboladern, Auslassventilen und Kolben. Die Fähigkeit der Legierung, die hohe Hitze und Belastung zu ertragen, die von turboaufgeladenen Motoren und anderen Hochleistungskomponenten erzeugt wird, macht sie zu einem wertvollen Material für die Automobilbranche. Sie wird auch in Abgasanlagen verwendet, wo ihr Widerstand gegen Oxidation und Korrosion entscheidend für eine langlebige Leistung ist.

3. Gasturbinen: Inconel 718 wird oft bei der Herstellung von Komponenten für industrielle Gasturbinen eingesetzt, die in der Stromerzeugung und der Luft- und Raumfahrttechnik Verwendung finden. Der Widerstand der Legierung gegen Kriechen, Ermüdung und Oxidation ermöglicht es Turbinenschaufeln und anderen hochbelasteten Komponenten, ihre Integrität selbst nach langer Belastung bei extremen Temperaturen und mechanischer Beanspruchung zu bewahren.

4. Kernkraftindustrie: Inconel 718 wird auch in Kernreaktoren eingesetzt, wo Komponenten hohen Temperaturen und korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind. Die Stärke des Legierungsmaterials, seine Korrosionsbeständigkeit und sein Widerstand gegen strahlungsinduzierte Degradation machen es ideal für Reaktorkomponenten wie Druckbehälterdeckeln und Reaktorinternen.

5. Anwendungen auf See und Offshore: Inconel 718 wird in maritimen und offshore-Umgebungen eingesetzt, wo Komponenten Seewasser und extremen Bedingungen ausgesetzt sind. Die Beständigkeit des Materials gegen Korrosion in Seewasser und seine Fähigkeit, mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen zu behalten, machen es ideal für Anwendungen wie Wärmetauscher, Pumpen und Ventile in maritimen Systemen.

6. Industrielle Anwendungen: Außerhalb der Luft- und Raumfahrt sowie dem Automobilbereich wird Inconel 718 auch in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt, die hohe Temperaturen und Belastungen erfordern. Dazu gehören Teile in Hochleistungsantrieben, Gasturbinen und Chemieanlagen, wo ein Widerstand gegen sowohl thermische als auch mechanische Ermüdung von entscheidender Bedeutung ist.

Qualität & Spezifikationen

Inconel 718 ist in verschiedenen Formen erhältlich, wie Stäben, Blättern, Platten und Drähten, und wird oft gemäß spezifischen Branchenstandards hergestellt, um seine Eignung für leistungsstarke Anwendungen sicherzustellen. Einige der wichtigsten Grade und Spezifikationen von Inconel 718 umfassen:

1. UNS N07718: Dies ist die Standardbezeichnung für Inconel 718, die im Luft- und Raumfahrtbereich, im Automobilsektor und in anderen hochleistungsfähigen Industrien weit verbreitet ist. Sie erfüllt strenge mechanische und chemische Anforderungen und gewährleistet, dass sie selbst den anspruchsvollsten Bedingungen standhält.

2. AMS 5662: Eine Spezifikation für Inconel 718, die im Luft- und Raumfahrtbereich und in anderen hochleistungsfähigen Anwendungen verwendet wird. Dieser Typ zeichnet sich durch seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen sowie durch seine Fähigkeit aus, über längere Zeiträume hinweg seine Stärke und Ermüdungsresistenz zu bewahren.

3. DIN 2.4668: Diese europäische Normklasse von Inconel 718 wird oft in industriellen und luft- und raumfahrttechnischen Anwendungen eingesetzt, die eine Hochleistungslegierung erfordern, die bei hohen Temperaturen und Belastungen arbeiten kann.

Herstellungsverfahren

Die Herstellung von Inconel 718 umfasst mehrere wesentliche Schritte, um die gewünschten Eigenschaften der Legierung sicherzustellen. Diese Prozesse sind entscheidend dafür, dass die Legierung den extremen Bedingungen standhält, denen sie in verschiedenen Anwendungen ausgesetzt ist.

1. Schmelzen und Legieren: Die Legierungselemente werden sorgfältig in einer Induktionsofen gemischt, um sicherzustellen, dass die chemische Zusammensetzung von Inconel 718 genau ist. Die Zusammensetzung ist entscheidend für die Stärke der Legierung, ihre Korrosionsbeständigkeit und ihren Oxidationswiderstand bei hohen Temperaturen.

2. Guss: Nachdem die Legierung geschmolzen wurde, wird sie in verschiedene Formen wie Stäbe, Ingots oder Gussformen gegossen. Diese können weiter verarbeitet werden, um die gewünschte Form zu erhalten, sei es Draht, Blech, Platte oder Rundmaterial.

3. Warmumformen: Nach dem Gießen unterzieht sich Inconel 718 thermische Umformprozesse wie Schmieden oder Walzen, um die gewünschten Formen zu erstellen. Dieser Schritt verfeinert die Mikrostruktur des Materials und verbessert seine mechanischen Eigenschaften. Der Warmumformprozess wird oft durch ein Lösungsglühen gefolgt, um optimale Festigkeit und Zugfestigkeit zu erreichen.

4. Kaltumformen: In manchen Fällen wird Inconel 718 kaltbearbeitet, um die Oberflächenqualität zu verbessern oder seine mechanischen Eigenschaften weiter zu verfeinern. Kaltumformverfahren wie Ziehen und Walzen ermöglichen es, präzise Abmessungen zu erreichen und die Festigkeit und Härte des Materials zu erhöhen.

5. Wärmebehandlung: Inconel 718 wird einer Wärmebehandlung unterzogen, einschließlich Lösungsannealien und Älterungsprozessen, um seine Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit zu erhöhen. Dieser Schritt ist entscheidend für das Erreichen der gewünschten Leistungsmerkmale der Legierung, einschließlich hoher Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit und verbesserten Ermüdungsbeständigkeit.

6. Fertigstellung: Nach der Wärmebehandlung kann Inconel 718 bei Bedarf durch Maschinenbearbeitung oder Oberflächenbehandlungen weiter verarbeitet werden, um spezifische dimensions- und ästhetische Anforderungen zu erfüllen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Material in hochgradig ingenieurtechnisch ausgerichteten Anwendungen mit engen Toleranzen und Oberflächenintegrität eingesetzt werden kann.

7. Prüfung und Test: Qualitätskontrolle ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit von Inconel 718. Umfassende Tests, einschließlich Zugversuchen, Ermüdungsprüfungen und dimensionsbezogener Inspektionen, werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass das Material den strengen Anforderungen der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie entspricht. Nichtzerstörende Prüfverfahren (NDT) wie Ultraschall- oder Röntgentests werden außerdem häufig zur Erkennung von inneren Fehlern eingesetzt.

Benutzeranforderungen

Bei der Auswahl von Inconel 718 für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbereich oder anderen leistungsorientierten Bereichen suchen Nutzer typischerweise nach folgenden wesentlichen Eigenschaften:

1. Hohe Festigkeit und Ermüdungsresistenz: Die überlegene Zugfestigkeit und Ermüdungswiderstand von Inconel 718 sind für Anwendungen wie Turbinenschaufeln, Motorenteile und tragende Komponenten essenziell, bei denen die Bauteile während des Betriebs extremen Belastungen ausgesetzt sind.

2. Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen: Nutzer verlangen, dass Inconel 718 seine Stärke und Oxidationswiderstand auch bei Temperaturen über 700°C (1290°F) beibehält. Das Material muss unter Hochtemperaturbedingungen seine Integrität bewahren, um die Lebensdauer und Zuverlässigkeit entscheidender Komponenten sicherzustellen.

3. Korrosionsbeständigkeit: Inconel 718 bietet eine hervorragende Widerstandsfähigkeit sowohl gegen allgemeine Korrosion als auch gegen lokal begrenzte Korrosion (wie Punktieren und Spaltkorrosion) in aggressiven Umgebungen. Dies macht es für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Chemieindustrie geeignet, wo eine Belastung mit korrosiven Substanzen üblich ist.

4. Schweissbarkeit: Inconel 718 ist bekannt für seine gute Schweissbarkeit, was für Anwendungen essenziell ist, in denen Teile zusammengefügt werden müssen. Der Widerstand des Legierungs gegen Heißrissbildung und die leichte Schweißbarkeit gewährleisten starke, haltbare Verbindungen in kritischen Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilkomponenten.

5. Dimensionsgenauigkeit: Inconel 718 wird oft in Anwendungen eingesetzt, die präzise Abmessungen und enge Toleranzen erfordern. Hersteller benötigen eine konsistente und einheitliche Zusammensetzung der Eigenschaften der Legierung, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Endprodukts zu gewährleisten.